100 великих научных достижений России - Виорель Ломов

Практически все идеи исследователя подтвердились практикой современной космонавтики и нашли воплощение во многих космических проектах. Кроме реализованных у Циолковского было много оригинальных идей, не нашедших своего воплощения. Например, ученый предлагал производить дозаправку ракет во время полета от ракет-спонсоров. Из 32 стартующих ракет 16, выработав половину топлива, отдавали вторую половину остальным 16, а далее – 8 половину топлива отдавали 8, 4–4 ракетам и т. д., пока не останется одна ракета.

Априори заняв место одного из самых величайших ученых современности, Циолковский скромно признавался: «Все, что я пишу, конечно, навеяно чтением книг и работами других авторов… Что это так, видно из того, что я готов отречься от приоритета всего, что сообщаю».

Уже в старости почти не слышащий ничего Циолковский написал работу «Пение и музыка», увлекся музыкой духового оркестра в загородном саду, особенно Бетховеном. Великие находят друг друга даже через века. По своим творениям.

РАКЕТНОЕ ДЕЛО ЦАНДЕРА

Инженер-технолог, конструктор, пропагандист ракетной техники, изобретатель; преподаватель Московского авиационного института; сотрудник авиационного завода «Мотор», ЦКБ Авиационного треста, Центрального института авиационного моторостроения; основатель группы изучения реактивного движения (ГИРД), руководитель бригады реактивных двигателей московской ГИРД; создатель первого в мире Общества изучения межпланетных сообщений; научный редактор трудов К.Э. Циолковского, Фридрих Артурович Цандер (1887–1933) является одним из основоположников ракетной техники и космонавтики, создателем первого реактивного двигателя ОР-2 для жидкостной ракеты ГИРД-Х.

Ф.А. Цандер жил мечтой – слетать на Марс. Полету на Марс посвятил ученый свои исследования проблем межпланетных сообщений, ради Марса создал первый жидкостный реактивный двигатель (ЖРД), который унес ракету в небо. Конструктор, увы, не увидел этот полет. Фридрих Артурович умер на 46-м году в Кисловодске за несколько месяцев до старта ГИРД-Х. Изношенный непосильным трудом организм не справился с брюшным тифом. В Кисловодске ученый и похоронен. В Комсомольском парке города-курорта в 1974 г. открыт Дом-музей его имени. Там же разбита аллея, на которой наши космонавты высаживали серебристые ели. Космонавтикой Цандер занялся в юности, в 1907 г. Уже через два года он впервые высказал мысль об использовании отработавших частей ракеты в качестве топлива. Одной этой идеи хватило бы, чтобы вписать имя Цандера золотыми буквами в историю космонавтики, но не будем торопиться – у инженера была масса замыслов. Заметим, что практически все его концепции используются и сегодня. Часть работ ученого до сих пор не расшифрована (расшифровкой занимались 20 специалистов), так как он вел записи по модифицированной системе немецкой стенографии Габельсбергера.

Ф.А. Цандер (стоит слева) с сослуживцами и единомышленниками

Не привязываясь к годам зарождения идей и к прижизненным публикациям («Перелеты на другие планеты» и «Проблемы полета при помощи реактивных аппаратов»), распишем цандеровский маршрут Земля – космос – Земля, как он его видел сам. Все свои замыслы расчетчик подкрепил соответствующими аэродинамическими, небесномеханическими, экономическими, химическими, электротехническими выкладками. Точность и универсальность этих расчетов позволила сказать К.Э. Циолковскому и С.П. Королеву, что Цандеру «принадлежит ряд теоретических трудов, дающих единственные в мире расчеты в области ракетного дела».

Итак, взлет с Земли. Цандер предложил осуществлять горизонтальный взлет, как экономически более выгодный. На этот вариант сегодня переходят во всем мире.

Ученый рассчитал: время старта; подъем и спуск аппарата; размеры коридора входа в атмосферу; тепловую защиту; оптимальные траектории полета в зависимости от применяемых двигателей; подъемную силу для транспортировки груза; запас кислорода на борту для обеспечения жизнедеятельности одного космонавта; противометеоритную защиту; условия для выращивания в космической оранжерее съедобных растений; параметры очистки внутрикабинной атмосферы…

Идея Цандера о тросе для соединения Земли с Луной в 1960-х гг. породила т. н. «космический лифт» и множество разработок космических тросов и буксиров.

Ученый выполнил расчеты эффективности реактивных двигателей различных схем (воздушно-реактивных – ВРД, ЖРД, комбинированных – весьма перспективных). Предложил также вариант запуска ракеты с большого аэроплана или спутника (прообраз МКС «Мир»).

Согласно Цандеру, до высоты 25 км космический корабль поднимается как аэроплан (винтовой либо реактивный), после чего включается ракетный двигатель.

В камеру сгорания идут крылья, двигатель, пропеллеры. Алюминий расплавляется в котле и вместе с водородом и кислородом представляет «прекрасный горючий материал», который поднимает корабль до высоты 85 км. Эта идея сегодня отчасти реализована на твердотопливных ракетах, но за нею будущее. Как вариант рассматривалась идея отбрасывания отработавших ступеней корабля.

Далее полет совершает «ракета с небольшими крыльями и рулями, а также кабина для людей». Как видим, это наш «Буран» и американский «Space Shuttle».

Полет ракеты управляемый – за счет использования гравитационных и электромагнитных полей самой Земли, Луны, Солнца и планет. Эта идея получила в космонавтике название гравитационного, или пертурбационного, маневра и уже была реализована при полете американской станции «Mariner-10», обогнувшей Венеру, чтобы приобрести ускорение и достигнуть Меркурия, и станции «Voyager-2», предпринявшей этот маневр у Юпитера, Сатурна и Урана. (О Цандере при этом не вспоминали.)

Для дальних космических перелетов Цандер предложил использовать давление солнечного света (солнечные паруса); в этом случае корабль может обойтись вовсе без двигателя и топлива. Ученые NASA (США) разработали проекты подобных космических парусников, а в Японии в 2010 г. был запущен космический аппарат IKAROS с солнечным парусом – тончайшей мембраной размером 14×14 м.

Для спуска на планету инженер предложил идею планирующего спуска космического аппарата с торможением в атмосфере при помощи обратной отдачи ракетного мотора и посадки при помощи маленького двигателя.

А еще Цандер создал пакетную схему ракет (отчасти реализованную в ракете-носителе «Восток») и нашел энергетически оптимальные траектории перелета к другим планетам – их успешно позаимствовали и назвали траекториями Гомана и модифицированными траекториями Крокко.

Фридрих Артурович прозорливо предлагал «начинать с постройки двигателей и одноступенчатых ракет, затем составных ракет и лишь после этого строить крылатые ракетные аппараты. Именно по такому пути и пошло развитие космонавтики».

Всю эту гигантскую работу Цандер проделал на свои средства, в свободное от работы время, в ущерб своему здоровью и личной жизни.

Когда ученый подал в 1924 г. в Комитет по изобретениям авторскую заявку на спроектированный им космический самолет, то получает отказ, так как комитет счел проект чересчур фантастическим.

Это не обескуражило инженера. Занимаясь с конца 1920-х гг. практической реализацией своих проектов, Цандер создал из обычной паяльной лампы реактивный двигатель ОР-1 («опытный ракетный первый») на сжатом воздухе с бензином, который стал первой комбинированной моделью ВРД и ЖРД.

В 1931 г. при Обществе содействия обороне, авиационному и химическому строительству (ОСОАВИАХИМ) были организованы московская и ленинградская группы изучения реактивного движения (ГИРД), объединявшие на общественных началах энтузиастов ракетного дела. Руководителем московской группы был Цандер. Через год ученый перешел в организованный производственный отдел ГИРД и возглавил бригаду двигателей, а начальником МосГИРД стал С.П. Королев. Цандер поначалу был единственным гирдовцем, имевшим свои труды в области реактивной техники.

Меньше чем за год Цандер построил двигательную установку с ЖРД (на жидком кислороде с бензином) ОР-2. Двигатель имел стальную камеру сгорания с огнеупорной теплоизоляцией. Кислород и бензин подавались под давлением азота. В баках с горючим и окислителем при помощи компенсаторов поддерживалось постоянное давление. Сопло двигателя охлаждалось водой, циркулирующей по замкнутому контуру и т. д. Основные технические решения, реализованные в этом двигателе, использовались конструкторами ракетной техники еще много десятилетий. Двигатель развивал тягу 70 кг, достаточную, чтобы поднять ракету на высоту нескольких километров.

Ну а дальше – увы, поездка в Кисловодск…

23 ноября 1933 г. была успешно испытана ГИРД-Х с двигательной установкой Цандера.

Ученому не удалось увидеть полет своей ракеты. Он сам стал первой ступенью многоступенчатой ракеты космонавтики, сгорел в котле науки и устремил эту ракету в космос.